一種基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服

于子桐 劉建安 張澤芳 樸顯淑 劉唱 金敬福

摘?要：如今很多人因工作環(huán)境和特定職業(yè)需求必須身著工作服而不能自由選擇衣物，由此提出一種基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服。本項(xiàng)目整體采用氣流風(fēng)道，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)與排氣口相結(jié)合的降溫方式，對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)空調(diào)服進(jìn)行了較大的改進(jìn)提升，解決了傳統(tǒng)空調(diào)服服裝鼓脹和散熱性差的問(wèn)題，具有散熱效率高、舒適美觀的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氣流風(fēng)道;微氣流;導(dǎo)熱結(jié)構(gòu);排氣口

1?緒論

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和居民生活水平的提高，人們對(duì)于服裝舒適性的要求越來(lái)越高，但有很多人因工作環(huán)境和特定職業(yè)需求必須身著工作服而不能自由選擇衣物。比如一些生活中的工作場(chǎng)景：在炎熱的夏天工作的環(huán)衛(wèi)工人，身著長(zhǎng)袖環(huán)衛(wèi)工作服常常汗流浹背;交通警察身著警服站在道路中央指揮交通，背部已經(jīng)被汗水浸透;在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要工作者在各種高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，例如鑄造廠、鍋爐車(chē)間、鋼鐵廠、玻璃廠、電廠、鍛造車(chē)間、焊接操作、噴沙、油漆烘烤操作、粉末噴涂、有害廢料清除等。

上述場(chǎng)景中，長(zhǎng)時(shí)間穿著工作服會(huì)導(dǎo)致熱量在服裝和人體間的微環(huán)境內(nèi)大量累積，使人感到不適，十分不利于工作者的身體健康。再如醫(yī)用防護(hù)服、阻燃防護(hù)服、生化服和防輻射服等專用防護(hù)服在起到相應(yīng)保護(hù)作用的同時(shí)，在生產(chǎn)制造時(shí)并未兼顧舒適性及服裝內(nèi)氣體流通性的問(wèn)題，致使長(zhǎng)時(shí)間穿戴后令使用者悶熱難受，降低工作效率，甚至引發(fā)中暑、熱射病等安全事故。嚴(yán)重的癥狀如熱射病，也就是重癥中暑，是機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫高濕狀態(tài)后，核心體溫迅速升高，進(jìn)而引發(fā)多器官功能傷，并伴有中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障的嚴(yán)重臨床綜合征。熱射病發(fā)病急，病情進(jìn)展快，如得不到及時(shí)有效治，病死率達(dá)50%以上。

目前的空調(diào)服，主要靠在衣體上安裝風(fēng)扇，風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)口位于衣體外側(cè)，風(fēng)扇的出風(fēng)口位于衣體內(nèi)側(cè)。風(fēng)扇工作時(shí)，風(fēng)扇吹出的直沖氣流充滿使用者身體與衣體內(nèi)側(cè)之間，造成工作服本體的鼓脹，不利于穿著者的工作，工作服美觀性舒適性實(shí)用性較差，而且還會(huì)導(dǎo)致工作服本體中氣流的流通性差，進(jìn)而使空調(diào)服的散熱性變差，因此目前的空調(diào)服需要改進(jìn)和完善。

2?市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研

根據(jù)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)了幾種現(xiàn)有的服裝降溫技術(shù)，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了這些技術(shù)或多或少的存在問(wèn)題，以至于它們無(wú)法真正投入市場(chǎng)，無(wú)法運(yùn)用到實(shí)際的工作條件當(dāng)中為工作人員提供保護(hù)。

2.1?利用壓縮機(jī)制冷

此類(lèi)空調(diào)服冷源是冷卻水，通過(guò)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以達(dá)到制冷目的，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、質(zhì)量重、能耗高，壓縮機(jī)不便于隨身攜帶，使用場(chǎng)合非常有限。

冷卻管如果出現(xiàn)破損，冷卻液流出，可能造成人體凍傷，存在極大的安全隱患。泄露時(shí)，人體首先會(huì)感到刺痛，接著皮膚會(huì)出現(xiàn)蒼白的斑點(diǎn)，伴有麻木感，而后就會(huì)出現(xiàn)卵石似的硬塊，伴有疼痛、腫脹、發(fā)紅、起皰，最后減弱、消失。所以這種技術(shù)的安全性無(wú)法得到保障。

2.2?利用氣流攜帶熱量

在空調(diào)服上安裝風(fēng)扇，通過(guò)風(fēng)扇將環(huán)境與衣服內(nèi)部空間相通，將室外空氣吸到衣服內(nèi)部，使得汗水蒸發(fā)吸收人體表面的熱量，從而使人體表面冷卻。但此類(lèi)空調(diào)服成本高，需要經(jīng)常更換電池，并且服裝內(nèi)未設(shè)置排氣口，衣服內(nèi)空氣流通不暢，導(dǎo)致衣服膨脹甚至影響人的活動(dòng)，此外，風(fēng)扇的直沖氣流也會(huì)引起人體的不適。

人體在接受長(zhǎng)時(shí)間的大氣流吹拂時(shí)，人體表皮血管松弛、毛孔舒張、體表溫度相對(duì)變低、機(jī)體抵抗力降低，易遭受外界侵害，容易出現(xiàn)感染，比如出現(xiàn)感冒、腹痛、腹瀉等消化道的癥狀，甚至導(dǎo)致人體出現(xiàn)散熱障礙，也可能表現(xiàn)為皮膚毛孔開(kāi)合出現(xiàn)失常，導(dǎo)致患者很少有汗液出現(xiàn)或者有汗液大量出現(xiàn)，出現(xiàn)不正常的情況。

如果是長(zhǎng)時(shí)間的大氣流直吹，尤其是頭部或身體，就會(huì)使得身體一側(cè)的血管收縮、血液流動(dòng)不暢、血液溫度不平衡、造成局部神經(jīng)缺血缺氧，從而使得肌肉麻痹、失去知覺(jué)，甚至引發(fā)中風(fēng)、面癱等問(wèn)題。

因此，研發(fā)一種新型穿著更加舒適、散熱效率更高的降溫工作服已成為一個(gè)重要研究課題，這對(duì)于勞動(dòng)者的工作需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3?總體設(shè)計(jì)

一種基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服設(shè)置有：工作服本體、氣流風(fēng)道、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)、排氣口。其中氣流風(fēng)道設(shè)置于工作服本體的內(nèi)部夾層中，由柔性硅管制成，主風(fēng)氣流道設(shè)置在腰線上，支氣流風(fēng)道分布于前衣片和后衣片上;風(fēng)扇組件與主風(fēng)道由進(jìn)氣端物理連接，微氣流通過(guò)進(jìn)氣端流入主風(fēng)道，并通過(guò)預(yù)制在主風(fēng)道上的多個(gè)間隔分布的出氣孔與支風(fēng)道進(jìn)行連接，并在支風(fēng)道另一端連接有排氣口;排氣口基本設(shè)置于肩頸部及腋下處，更有利于熱量的散發(fā);導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，一端貼附于氣流風(fēng)道上，另一端貼附于工作服本體的夾層內(nèi)里上，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)吸收人體散發(fā)熱量并傳導(dǎo)至工作服本體的外部。

4?工作過(guò)程

本項(xiàng)目是基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服的優(yōu)選實(shí)施方案如下圖所示，包括：工作服本體1、風(fēng)扇組件2、氣流風(fēng)道3、主風(fēng)道31、支風(fēng)道32、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)4、排氣口5。

本項(xiàng)目提供的一種基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服，使用者穿著降溫工作服時(shí)，將風(fēng)扇組件與電池連接，風(fēng)扇組件開(kāi)始工作，風(fēng)扇組件吹出的風(fēng)經(jīng)由進(jìn)氣端進(jìn)入主風(fēng)道內(nèi)形成微氣流;主風(fēng)道內(nèi)的氣流從出氣孔流入支風(fēng)道內(nèi);氣流通過(guò)豎直陣列在服裝本體的夾層內(nèi)的氣流風(fēng)道的支風(fēng)道流經(jīng)全身，微氣流在氣流風(fēng)道內(nèi)流通直至由排氣口排出，同時(shí)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)貼附于氣流風(fēng)道上、置于工作服本體內(nèi)側(cè)用以吸收人體散發(fā)熱量，通過(guò)氣流的流通和導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的共同作用及時(shí)帶走人體熱量，進(jìn)一步保證了服裝的通風(fēng)性和散熱功能，讓使用者在穿著降溫工作服時(shí)更為舒適和涼爽。

作為優(yōu)選實(shí)施例，風(fēng)扇組件可以使用USB接頭、將電池調(diào)整為充電寶，滿足隨時(shí)使用、充電便利的現(xiàn)實(shí)需求;氣流風(fēng)道分布于衣服本體的前衣片、后衣片以及腰線處;導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)與氣流風(fēng)道相配合，延伸經(jīng)過(guò)人體的背部、胸部和腰部，依據(jù)人體各部位發(fā)熱情況合理排布?xì)饬黠L(fēng)道的密度。人在工作活動(dòng)中，不同部分的出汗發(fā)熱情況不同，人體平均體表溫度較高的身體部位，需要更密集的氣流風(fēng)道來(lái)散熱，例如：前胸、腋下，要陣列和排布更密集的氣流通道，最大限度地帶走服裝內(nèi)濕熱空氣，保證服裝內(nèi)部的干燥涼爽;排氣口設(shè)置在衣服本體外側(cè)的肩頸部及腋下，氣流流入氣流風(fēng)道，流出排氣口，實(shí)現(xiàn)良好的氣流交換，可以及時(shí)帶走人體工作活動(dòng)產(chǎn)生的熱量;并且工作全程氣流外進(jìn)外出，沒(méi)有流經(jīng)衣體內(nèi)側(cè)，合理地解決了傳統(tǒng)空調(diào)服的鼓脹問(wèn)題;材料的選用方面：氣流風(fēng)道的材料選用薄壁柔性硅管，硅管材質(zhì)柔軟，便于舒適使用，同時(shí)通風(fēng)效果良好，使用壽命更長(zhǎng);導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)選用柔性導(dǎo)熱性良好的材料來(lái)滿足服裝的散熱性和舒適性，如多級(jí)碳纖維材料、鋁膜材料、銅膜材料等。

5?項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)

一種基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了散熱快、通風(fēng)性好等目標(biāo)，解決了傳統(tǒng)空調(diào)服存在氣體不流通形成衣內(nèi)鼓脹造成使用不便的問(wèn)題，有效避免了傳統(tǒng)空調(diào)服中的直沖氣流，采用微氣流的流通使工作人員穿著更舒適，具有良好的使用效果。本項(xiàng)目保留了傳統(tǒng)工作服安全性能的同時(shí)，解決了傳統(tǒng)空調(diào)服直沖氣流不舒適、氣體不流通和散熱效率低的問(wèn)題，改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服，具有良好的應(yīng)用前景。

6?應(yīng)用前景分析

本產(chǎn)品造價(jià)低于市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品，有效地解決了現(xiàn)階段空調(diào)服所面臨的難題，微氣流的理念具有極佳的推廣效益。尤其對(duì)于中國(guó)位于各個(gè)冶煉廠，高溫環(huán)境崗位下的勞動(dòng)力基數(shù)來(lái)說(shuō)，將會(huì)是一種供不應(yīng)求的市場(chǎng)關(guān)系。

放眼現(xiàn)代的發(fā)展潮流，智能穿戴正逐步走進(jìn)人們的生活當(dāng)中，人們對(duì)于健康問(wèn)題的關(guān)注度也越來(lái)越高。而現(xiàn)有的智能穿戴設(shè)備所采集到的人體健康數(shù)據(jù)極為有限，體溫往往作為一種難以被采集但又非常重要的數(shù)據(jù)被忽略，但本項(xiàng)目的未來(lái)研發(fā)方向可以解決這個(gè)問(wèn)題。

綜上所述，我們的項(xiàng)目——基于微氣流風(fēng)道設(shè)計(jì)的降溫工作服具有極大的市場(chǎng)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙穎.防護(hù)服是否可以兼顧安全與舒適[J].紡織科學(xué)研究，2020，（4）：7273.

[2]江柳清.試論防護(hù)服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)著裝舒適性的影響[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（9）.

[3]Shapiro?Y，Seidman?DS.Field?and?clinical?observations?of?exertional?heat?stroke?patients[J].Med?Sci?Sport?Exerc，1990，22（1）：621641.

[4]制冷與制熱空調(diào)服的研究進(jìn)展.紡織學(xué)報(bào)，2018，39（7）.

基金項(xiàng)目：吉林大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（編號(hào)：202010183368）

作者簡(jiǎn)介：于子桐（2000—?），女，漢族，遼寧大連人，本科，學(xué)生，研究方向：輕工類(lèi)。